DE102018220981A1 - Method for operating an electrical energy store - Google Patents

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Christel Sarfert
Jens Becker
Christoph KROENER
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, der eine Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers zu erfassen, wobei von der Steuereinheit erfasste Zustandsgrößen an eine Recheneinheit außerhalb des elektrischen Energiespeichers übertragen werden und wobei ein Betrieb des elektrischen Energiespeichers auf Basis von Betriebsparametern erfolgt, die von der Recheneinheit bereitgestellt werden.The present invention relates to a method for operating an electrical energy store, which comprises a memory cell for storing electrical energy and a control unit, the control unit being set up to detect state variables of the electrical energy store, with state variables acquired by the control unit being sent to a computing unit outside the electrical one Energy storage are transmitted and the electrical energy storage is operated on the basis of operating parameters provided by the computing unit.

Description

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Energiespeicher, beispielsweise Batterien, wie sie in Elektrofahrzeugen zur Anwendung kommen, umfassen üblicherweise eine Speicherzelle und eine Steuereinheit, die auch als Batteriemanagementsystem (BMS) bezeichnet wird. Für den Betrieb der Batterie ist üblicherweise Kenntnis oder zumindest eine Annahme über diverse Betriebsparameter der Batterie nötig. Beispielsweise bildet der innere Widerstand der Batterie eine Eingangsgröße für diverse Betriebssituationen wie beispielsweise eine Schnellladestrategie oder die Ermittlung eines Ladezustands der Batterie.Electrical energy stores, for example batteries, such as those used in electric vehicles, usually comprise a storage cell and a control unit, which is also referred to as a battery management system (BMS). Knowledge or at least an assumption about various operating parameters of the battery is usually necessary for the operation of the battery. For example, the internal resistance of the battery forms an input variable for various operating situations, such as a quick charging strategy or the determination of a state of charge of the battery.

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, bei dem Betriebsparameter wie z. B. der elektrische Innenwiderstand der Batterie durch das BMS abgeschätzt werden, sind vom Markt her bekannt. Hierfür geht das BMS üblicherweise davon aus, dass sich die Batterie wie eine Vergleichsbatterie, zu der umfangreiche Laboruntersuchungen vorliegen, verhält und schätzt entsprechend die Betriebsparameter ab. Üblicherweise wird hierfür das BMS bei Produktion bedatet, wobei eine aktualisierung der Daten oder eine indivisualisierung auf die spezifische Batterie nicht vorgesehen ist. Umfasst die Abschätzung der Betriebsparameter durch das BMS aufwendige Algorithmen, ist hierfür entsprechende Rechenleistung innerhalb des BMS nötig.Method for operating an electrical energy store, in which operating parameters such. B. the electrical internal resistance of the battery can be estimated by the BMS are known from the market. For this purpose, the BMS usually assumes that the battery behaves like a reference battery, for which extensive laboratory tests are available, and estimates the operating parameters accordingly. Usually the BMS is used for this during production, whereby an update of the data or an individualization for the specific battery is not provided. If the BMS estimates the operating parameters by complex algorithms, this requires corresponding computing power within the BMS.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, der eine Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers zu erfassen, hat demgegenüber den Vorteil, dass von der Steuereinheit erfasste Zustandsgrößen an eine Recheneinheit außerhalb des elektrischen Energiespeichers übertragen werden, und dass ein Betrieb des elektrischen Energiespeichers auf Basis von Betriebsparametern erfolgt, die von der Recheneinheit bereitgestellt werden. Das Bereitstellen von Betriebsparametern durch die Recheneinheit hat insbesondere den Vorteil, dass die Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers weniger Rechenleistung zur Verfügung stellen muss, somit beispielsweise ein im Vergleich zum Stand der Technik günstigerer Mikrocontroller in der Steuereinheit verwendet werden kann.The method according to the invention for operating an electrical energy store, which comprises a memory cell for storing electrical energy and a control unit, the control unit being set up to record state variables of the electrical energy store, has the advantage over the fact that state variables recorded by the control unit to a computing unit outside of the electrical energy store are transmitted, and that the electrical energy store is operated on the basis of operating parameters that are provided by the computing unit. The provision of operating parameters by the computing unit has the particular advantage that the control unit of the electrical energy store has to provide less computing power, so that, for example, a microcontroller which is cheaper than the prior art can be used in the control unit.

Vorteilhaft ist, dass die von der Recheneinheit bereitgestellten Betriebsparameter unter Verwendung der von der Steuereinheit erfassten Zustandsgrößen bestimmt werden. Mit anderen Worten kann somit vorteilhafter Weise die Bestimmung der Betriebsparameter von der Steuereinheit an die Recheneinheit ausgelagert werden.It is advantageous that the operating parameters provided by the computing unit are determined using the state variables detected by the control unit. In other words, the determination of the operating parameters can thus advantageously be outsourced from the control unit to the computing unit.

Vorteilhaft ist, dass die Betriebsparameter unter Verwendung von Modellen ermittelt werden, wobei die Modelle geeignet sind, aus den erfassten Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers Schätzzustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers zu ermitteln und die Betriebsparameter ausgehend von den Schätzzustandgrößen ermittelt werden. Unter Zustandsgrößen sind dabei insbesondere solche physikalischen Größen zu verstehen, die mittels einer geeigneten Sensorik in oder an dem elektrischen Energiespeicher erfasst werden können, wie beispielsweise eine Temperatur, ein Strom, eine Spannung oder eine elektrische Ladung. Schätzzustandsgrößen sind solche physikalischen Größen, die ebenfalls den Zustand des elektrischen Energiespeichers beschreiben, allerdings nicht mittels einer Sensorik direkt am elektrischen Energiespeicher erfasst wurden, sondern ausgehend von den erfassten Zustandsgrößen abgeschätzt wurden. Betriebsparameter sind insbesondere physikalische Größen, die als Eingangsgröße für den Betrieb des elektrischen Energiespeichers verwendet werden, beispielsweise der Innenwiderstand des elektrischen Energiespeichers. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Betriebsparameter selbst Schätzzustandsgrößen. It is advantageous that the operating parameters are determined using models, the models being suitable for determining estimated state variables of the electrical energy store from the detected state variables of the electrical energy store and the operating parameters being determined on the basis of the estimated state variables. State variables are to be understood in particular to mean those physical variables that can be detected by means of a suitable sensor system in or on the electrical energy store, such as a temperature, a current, a voltage or an electrical charge. Estimated state variables are physical quantities that also describe the state of the electrical energy store, but were not recorded directly on the electrical energy store by means of a sensor system, but were estimated on the basis of the recorded state variables. Operating parameters are, in particular, physical variables that are used as an input variable for the operation of the electrical energy store, for example the internal resistance of the electrical energy store. In an advantageous embodiment, the operating parameters are themselves estimated state variables.

Vorteilhaft ist, dass die von der Recheneinheit bereitgestellten Betriebsparameter mittels neuronaler Netze ermittelt werden. Somit ist es insbesondere möglich, die Betriebsparameter bzw. Schätzzustandsgrößen mit einer hohen Genauigkeit zu ermitteln und dabei die üblicherweise durch die Recheneinheit, bei der es sich beispielsweise um eine Cloud handeln kann, bereitgestellte Rechenleistung vorteilhaft auszunutzen.It is advantageous that the operating parameters provided by the computing unit are determined by means of neural networks. It is thus possible, in particular, to determine the operating parameters or estimated state variables with a high degree of accuracy and to use the computing power usually provided by the computing unit, which can be a cloud, for example, to advantage.

Vorteilhaft ist, dass sich der elektrische Energiespeicher in einem Fahrzeug befindet und eine Verbindung zwischen der Steuereinheit und der Cloud über ein Drahtloskommunikationsmodul erfolgt. Bei dem Drahtloskommunikationsmodul kann es sich dabei insbesondere um ein Modem, beispielsweise ein GSM-Modem, handeln.It is advantageous that the electrical energy store is located in a vehicle and that a connection is established between the control unit and the cloud via a wireless communication module. The wireless communication module can in particular be a modem, for example a GSM modem.

Vorteilhaft ist, dass die Steuereinheit Werte der durch die Cloud bereitgestellten Betriebsparameter speichert und solange zum Betrieb des elektrischen Energiespeichers verwendet, bis aktualisierte Werte der Betriebsparameter von der Cloud verfügbar sind. Üblicherweise ändern sich die Betriebsparameter zum Betreiben des elektrischen Energiespeichers auf langsamen Zeitskalen, insbesondere dann, wenn es sich bei den Betriebsparametern um Schätzzustandsgrößen oder unmittelbar aus den Schätzzustandsgrößen abgeleitete Größen handelt. Somit ist es nicht erforderlich, auf kurzen Zeitskalen, die zum Betrieb des elektrischen Energiespeichers verwendeten Betriebsparameter zu aktualisieren. Durch das Speichern der aktuell verwendeten Betriebsparameter kann somit vorteilhafter Weise ein Datenverkehr zwischen dem Drahtloskommunikationsmodul und der Cloud reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist, dass auf diese Weise auch eine erhöhte Robustheit gegenüber einer Unterbrechung der Verbindung zwischen Drahtloskommunikationsmodul und der Cloud sichergestellt werden kann.It is advantageous that the control unit stores values of the operating parameters provided by the cloud and uses them to operate the electrical energy store until updated values of the operating parameters are available from the cloud. Usually, the operating parameters for operating the electrical energy store change on slow time scales, in particular when the operating parameters are estimated state variables or variables derived directly from the estimated state variables. It is therefore not necessary to use short time scales to operate the electrical energy store update used operating parameters. By storing the currently used operating parameters, data traffic between the wireless communication module and the cloud can advantageously be reduced. It is particularly advantageous that an increased robustness against an interruption of the connection between the wireless communication module and the cloud can also be ensured in this way.

Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Vorteilhaft ist außerdem ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft.A device which is set up to carry out each step of the method according to the invention is advantageous. A computer program that is set up to carry out each step of the method according to the invention is also advantageous if the computer program runs on a computing unit.

Vorteilhaft sind außerdem ein elektrischer Energiespeicher, der die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst sowie ein Fahrzeug, das die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.Also advantageous are an electrical energy store that includes the device according to the invention and a vehicle that includes the device according to the invention.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher vorgestellt. Dabei zeigen:An exemplary embodiment of the invention is presented in more detail below. Show:

Kurze Beschreibung der Zeichnung

  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Elektrischen Energiespeicher;
  • 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Brief description of the drawing
  • 1 a schematic representation of a vehicle with an electrical energy storage;
  • 2nd is a schematic representation of the sequence of an embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs (10), das einen elektrischen Energiespeicher (12), ein Drahtloskommunikationsmodul (18) sowie einen Elektromotor (17) umfasst. Der elektrische Energiespeicher (12) stellt elektrische Energie zum Betreiben des Elektromotors (17) bereit. Der elektrische Energiespeicher (12) steht über eine Signalleitung mit dem Drahtloskommunikationsmodul (18) in Verbindung. Der elektrische Energiespeicher (12) umfasst eine Speicherzelle (14) sowie eine Steuereinheit (16), bei der es sich insbesondere um ein Batteriemanagementsystem (BMS) handeln kann. Das Drahtloskommunikationsmodul (18) ist eingerichtet, eine Verbindung mit einer Cloud (20), die eine Recheneinheit darstellt, herzustellen. In alternativer Ausgestaltung erfolgt die Kommunikation zwischen elektrischem Energiespeicher (12) und Drahtloskommunikationsmodul (18) nicht direkt, sondern über eine in 1 nicht dargestellte Fahrzeugsteuereinheit, beispielsweise eine Vehicle-Control-Unit (VCU). 1 shows a schematic representation of a vehicle ( 10th ), which is an electrical energy storage ( 12 ), a wireless communication module ( 18th ) and an electric motor ( 17th ) includes. The electrical energy storage ( 12 ) provides electrical energy to operate the electric motor ( 17th ) ready. The electrical energy storage ( 12 ) is connected to the wireless communication module via a signal line ( 18th ) in connection. The electrical energy storage ( 12 ) includes a memory cell ( 14 ) and a control unit ( 16 ), which in particular can be a battery management system (BMS). The wireless communication module ( 18th ) is set up to connect to a cloud ( 20th ), which represents a computing unit. In an alternative embodiment, communication takes place between electrical energy stores ( 12 ) and wireless communication module ( 18th ) not directly, but via an in 1 Vehicle control unit, not shown, for example a vehicle control unit (VCU).

2 zeigt einen schematischen Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Ausführungsbeispiel startet in Schritt 100. Anschließend folgt Schritt 110. 2nd shows a schematic sequence of an embodiment of the method according to the invention. The embodiment starts in step 100 . This is followed by step 110 .

In Schritt 110 erfasst die Steuereinheit (16) Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers (12). Bei den erfassten Zustandsgrößen kann es sich insbesondere um eine Temperatur, eine Spannung, einen Strom und/oder eine Ladung handeln. Im Anschluss an Schritt 110 folgt Schritt 120.In step 110 detects the control unit ( 16 ) State variables of the electrical energy storage ( 12 ). The detected state variables can in particular be a temperature, a voltage, a current and / or a charge. Following step 110 follows step 120 .

In Schritt 120 werden die in Schritt 110 erfassten Zustandsgrößen mittels des Drahtloskommunikationsmoduls (18) an die Cloud (20) übertragen. Im Anschluss an Schritt 120 folgt Schritt 130.In step 120 will be in step 110 recorded state variables using the wireless communication module ( 18th ) to the cloud ( 20th ) transfer. Following step 120 follows step 130 .

In Schritt 130 werden mittels des Drahtloskommunikationsmoduls (18) Betriebsparameter empfangen, wobei die Betriebsparameter ausgehend von den in Schritt 110 erfassten und in Schritt 120 übertragenen Zustandsgrößen bestimmt wurden. Im Anschluss an Schritt 130 folgt Schritt 140.In step 130 by means of the wireless communication module ( 18th ) Receive operating parameters, the operating parameters starting from those in step 110 captured and in step 120 transferred state variables were determined. Following step 130 follows step 140 .

Im Schritt 140 wird der elektrische Energiespeicher (12) unter Verwendung der im Schritt 130 empfangenen Betriebsparameter betrieben. Im Anschluss an Schritt 140 folgt erneut Schritt 100, wobei zwischen Schritt 140 und einer erneuten Durchführung von Schritt 100 eine Verzögerung von einer vorgebbaren Zeitdauer vorgesehen sein kann.In step 140 the electrical energy storage ( 12 ) using the in step 130 received operating parameters operated. Following step 140 follows step again 100 , taking between step 140 and performing step again 100 a delay of a predeterminable period of time can be provided.

Zwischen Schritt 120 und Schritt 130 kann optional Schritt 125 stattfinden. In Schritt 125 werden ausgehend von den übertragenen Zustandsgrößen die Betriebsparameter durch die Cloud (20) abgeschätzt. Hierfür ist es möglich, dass die Cloud (20) die in Schritt 120 übertragenen Zustandsgrößen als Eingangsgrößen für ein Modell verwendet, das geeignet ist, aus den gemessenen Zustandsgrößen Schätzzustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers abzuschätzen, d. h. ausgehend von den erfassten Zustandsgrößen wird beispielsweise der physikalische Gesamtzustand des elektrischen Energiespeichers hergeleitet. Ausgehend von den Schätzzustandsgrößen kann unter Verwendung weiterer Modelle oder beispielsweise auch unter Verwendung neuronaler Netze ein Betriebsparameter, bei dem es sich insbesondere auch um eine Schätzzustandsgröße handeln kann, bestimmt werden. Betriebsparameter können dabei alle physikalischen Größen sein, die Eingang in einen Betrieb des elektrischen Energiespeichers (12) finden. Between step 120 and step 130 can optionally step 125 occur. In step 125 based on the transmitted state variables, the operating parameters are determined by the cloud ( 20th ) estimated. For this it is possible that the cloud ( 20th ) in step 120 transmitted state variables are used as input variables for a model that is suitable for estimating estimated state variables of the electrical energy store from the measured state variables, that is to say, for example, the overall physical state of the electrical energy store is derived from the detected state variables. On the basis of the estimated state variables, an operating parameter, which can in particular also be an estimated state variable, can be determined using further models or, for example, also using neural networks. Operating parameters can be all physical quantities that are input into the operation of the electrical energy store ( 12 ) Find.

Beispielsweise kann es sich bei einem Betriebsparameter um den Innenwiderstand des elektrischen Energiespeichers (12) handeln.For example, an operating parameter can be the internal resistance of the electrical energy store ( 12 ) act.

Durch das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den elektrischen Energiespeicher (12) effizienter zu betrieben, da eine genauere Kenntnis über die zum Betrieb des elektrischen Energiespeichers (12) benötigten Betriebsparameter erhalten werden kann als dass dies durch eine Abschätzung durch die Steuereinheit (16) möglich wäre. Das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich beispielsweise zur Optimierung einer Rekuperation, eines Schnellladevorgangs, einer Reichweitenstrategie des Fahrzeugs (10) oder einer Vorhersage einer Restlebensdauer des elektrischen Energiespeichers (12) verwenden.The presented exemplary embodiment of the method according to the invention makes it possible to 12 ) to operate more efficiently, since a more precise knowledge of the operation of the electrical energy store ( 12 ) required operating parameters can be obtained as that this can be done by an estimate by the control unit ( 16 ) it is possible. The presented exemplary embodiment of the method according to the invention can be used, for example, to optimize recuperation, a quick charging process, a range strategy of the vehicle ( 10th ) or a prediction of the remaining service life of the electrical energy store ( 12 ) use.

Claims (11)

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (12), der eine Speicherzelle (14) zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit (16) umfasst, wobei die Steuereinheit (16) eingerichtet ist, Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers (12) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinheit (16) erfasste Zustandsgrößen an eine Recheneinheit außerhalb des elektrischen Energiespeichers (12) übertragen werden, und dass ein Betrieb des elektrischen Energiespeichers (12) auf Basis von Betriebsparametern erfolgt, die von der Recheneinheit bereitgestellt werden.Method for operating an electrical energy store (12), which comprises a storage cell (14) for storing electrical energy and a control unit (16), the control unit (16) being set up to detect state variables of the electrical energy store (12), characterized that state variables detected by the control unit (16) are transmitted to a computing unit outside the electrical energy store (12), and that the electrical energy store (12) is operated on the basis of operating parameters that are provided by the computing unit. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Recheneinheit bereitgestellten Betriebsparameter unter Verwendung der von der Steuereinheit (16) erfassten Zustandsgrößen bestimmt werden.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the operating parameters provided by the computing unit are determined using the state variables detected by the control unit (16). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter unter Verwendung von Modellen ermittelt werden, wobei die Modelle geeignet sind, aus den erfassten Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers (12) Schätzzustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers (12) zu ermitteln und die Betriebsparameter ausgehend von den Schätzzustandsgrößen ermittelt werden.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the operating parameters are determined using models, the models being suitable for determining estimated state variables of the electrical energy store (12) from the recorded state variables of the electrical energy store (12) and the operating parameters being determined on the basis of the estimated state variables. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Recheneinheit bereitgestellten Betriebsparameter mittels neuronaler Netze ermittelt werden.Procedure according to Claim 2 or 3rd , characterized in that the operating parameters provided by the computing unit are determined by means of neural networks. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Recheneinheit um eine Cloud (20) handelt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the computing unit is a cloud (20). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Energiespeicher (12) in einem Fahrzeug (10) befindet und eine Verbindung zwischen der Steuereinheit (16) und der Cloud (20) über ein Drahtloskommunikationsmodul (18) erfolgt.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the electrical energy store (12) is located in a vehicle (10) and a connection between the control unit (16) and the cloud (20) takes place via a wireless communication module (18). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) Werte der durch die Cloud (20) bereitgestellten Betriebsparameter speichert und solange zum Betrieb des elektrischen Energiespeichers (12) verwendet, bis aktualisierte Werte der Betriebsparameter von der Cloud (20) verfügbar sind.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the control unit (16) stores values of the operating parameters provided by the cloud (20) and uses them to operate the electrical energy store (12) until updated values of the operating parameters are available from the cloud (20). Vorrichtung, eingerichtet jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.Device, set up every step of the method according to one of the Claims 1 to 7 perform. Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft.Computer program that is set up each step of the method according to one of the Claims 1 to 7 to be carried out when the computer program runs on a computing unit. Elektrischer Energiespeicher (12), der die Vorrichtung nach Anspruch 8 umfasst.Electrical energy storage device (12) which follows the device Claim 8 includes. Fahrzeug (10), dass die Vorrichtung nach Anspruch 8 umfasst.Vehicle (10) that the device according to Claim 8 includes.
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